【導讀】FSAE國際學生方程式賽車由美國車輛工程師學會于1979年開辦，在國際上被視為是“學界的F1方程式賽車”。每年在世界各地有600余支大學車隊參加。賽程規(guī)定進行設計。的設計意義、研究現(xiàn)狀以及設計目標。在選定了基本結構后本論文對制動器展開了以。除此之外，本論文還介紹了制。體、制動盤等零件圖，并用UG對其進行了三維建模。

　　

【正文】 高摩擦系數(shù) 。 各種制動器用摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為 ～ ，一般來說，摩擦系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈差，所以在制動器設計時并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。在假設的理想條件下計算制動器的制動力矩，為使計算結果接近實際，在本次設計中，取 f =。另外，在選擇摩擦材料時，應盡量采用減少污染和對人體無害的材料，故選用粉末冶金材料。 共 44 頁 第 19 頁第四章 制動器的設計計算 摩擦襯塊的磨損特性計算 摩擦襯片 (襯塊 )的磨損，與摩擦副的材質、表面加工情況、溫度、壓力以及相 對滑磨速度等多種因素有關，因此在理論上要精確計算磨損性能是困難的。但試驗表明，摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。 汽車的制動過程是將其機械能 (動能、勢能 )的一部分轉變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。在制動強度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔了耗散汽車全部動力的任務。此時由于在短時間內(nèi)熱量來不及逸散到大氣中，致使制動器溫度升高。此即所謂制動器的能量負荷。能量負荷愈大，則襯片 (襯塊 )的磨損愈嚴重 比能量耗散率 制動器的能量負荷常以其比能量耗散率作為評價指標。比能量耗散率又稱為 單位功負荷或能量負荷，它表示單位摩擦面積在單位時間內(nèi)耗散的能量，其單位為2/mmW 。 單個前輪制動器和單個后輪制動器的比能量耗散率分別為 221211221222()122()1 (1 )22aam v vetAm v vetA? ?? ?? ????? ?? ???? （ 41） jvvt 21 ?? 式中： ? ——回轉質量換算系數(shù)； am ——賽車 總質量； 1v ， 2v ——制動初速度與終速度， sm/ ；計算時取 smhkmv /?? j ——制動減速度 , 2/sm ,設賽車在附著系數(shù) 1?? 的賽道上以 sm/ 的初速度制動，由于賽車同步附著系數(shù)為 ?? ，故后輪先抱死取 2/10 smj? 。 t——制動時間， s ； 21,AA ——前、后制動器襯片 (襯塊 )的摩擦面積；（ 221 36cmAA ?? ） ? ——制動力分配系數(shù)。 在緊急制動到 02?v 時，并可近似地認為 1?? ，則有 ?1211 221 tAvme a? 共 44 頁 第 20 頁 )1(221 2212 ??? tAvme a （ 42） 把各參數(shù)值代入上式得 sj vvt ???? 221211 / mmWtAvme a ????? ??? ? 222212 /)( )1(221 mmWtA vme a ?????? ???? ? 盤式制動器的比能量耗散率以不大于 2/W mm 為宜 ， 比能量耗散率過高會引起襯片（襯塊）的急劇磨損， 而且 還可能引起制動盤產(chǎn)生龜裂。式中 t 為 100Km/h時的制動時間，其值為 。 12,AA為前后制動器摩擦襯片面積。 ?? 2，求得2221 /,/ mmWemmWe ?? ，符合要求。 比滑磨功 磨損和熱的性能指標也可用襯塊在制動過程中由最高制動初速度至停車所完成的單位襯塊面積的滑磨功，即比滑磨功 fL 來衡量： 2m a x2aaffmvLLA? ?????? （ 43） 式中： am ——汽車總質量， kg； maxav ——汽車最高制動車速， m/s A? ——車輪制動器各襯塊的總摩擦面積， 2cm fL????——許用比滑磨功，取 221 0 0 0 / 1 5 0 0 /fL J c m J c m?? ??? 可求得： 22m a x2 /4362 cmJAAvmL aaf ??? ????，滿足要求。 其中，最高車速取 制動器的熱容量和溫升核算 應核算制動器的熱容量和溫升是否滿足如下條件： ? ?d d h hm c m c t L?? （ 44） 式中： dm ——各制動盤的總 質量，為已知 2Kg hm ——與各制動盤相連的金屬（如輪轂、輪輻、制動鉗體等）總質量，為 4kg dc ——制動盤材料的比容熱，對鑄鐵 C=482J/(kg K)；對于鋁合金 C=880 J/(kg K) hc ——與制動盤相連的受熱 金屬件的比容熱； 共 44 頁 第 21 頁 t ——制動盤的溫升（一次由 30 /av km h? 到完全停車的強烈制動，溫升不應超過 15 C? ）； L——滿載汽車制動時由動能轉變的熱能，因制動過程迅速，可以認為制動產(chǎn)生的熱能全部為前、后制動器所吸收，并按前、后制動力的分配比率分配給前后、制動器，即 21 2aa vLm?? 22 (1 )2aavLm ??? （ 46） 求得： JL 21 ???? JL 22 ???? 所以： JLLL ????? 式中 am ——賽車滿載總質量，為 345Kg av ——賽車制動時的初速度 ?——賽車制動器制動力分配系數(shù)，為 核算： ? ? ? ? Jtcmcm hhdd 553202048248802 ???????? JL ? 故，滿足以下條件： ? ?d d h hm c m c t L?? 盤式制動器 有效半徑 的計算 盤式制動器的計算用簡圖如圖 所示，假設襯塊的摩擦表面與制動盤接觸良好，且各處的單位壓力分布均勻，則盤式制動器的制動力矩為 fNRTf 2? （ 46） 共 44 頁 第 22 頁式中： f ——摩擦系數(shù)，取值 ； N——單側制動塊對制動盤的壓緊力 ，見 圖 R——作用半徑。 對于常見的扇形摩擦襯塊，如果其徑向尺寸不大則取 R 為平均半徑 mR 或有效半徑 eR 已足夠精 確。如圖 圖 所示，平均半徑為 mmRRR m 1002 120802 21 ????? 式中： 1R ， 2R ——扇形摩擦襯塊的內(nèi)半徑和外半徑。（ mmRmmR 12080 21 ?? ； ） 圖 盤式制動器的計算用圖 圖 鉗盤式制動器的作用半徑計算用圖 根據(jù)圖 ，在任一單元面積 RdR ?d 上的摩擦力對制動盤中心的力矩為?dRdfqR2 ，式中 q 為襯塊與制動盤之間的單位面積上的壓力，則單側制動塊作用于制動盤上的制動力矩為： ???? )(322 313221 21 RRfqdR df qRT RR ??? ? ?? 共 44 頁 第 23 頁單側襯塊給予制動盤的總摩擦力為： ???? )( 212221 RRfqdR df qRfN RR ??? ? ?? 得有效半徑為： )2]()(1[34322 212212121223132 RRRR RRRR RRfNTR fe ????????? 令 mRR?21，則有： me RmmR ])1(1[34 2???= 因 121 ??RRm ， 41)1( 2 ??mm ，故 me RR? 。當 21 RR? ， 1?m ， me RR? 。 但當 m過小，即扇形的徑向寬度過大時，襯塊摩擦表面在不同半徑處的滑磨速度相差太大，磨損將不均勻，因而單位壓力分布將不均勻，則上述計算方法失效。本次設計 取有效半徑為 100mm。 共 44 頁 第 24 頁第五章 制動器主要零部件的結構設計 制動盤 制動盤一般用珠光體 灰 鑄鐵制成，或用添加 NiCr， 等的合金鑄鐵制成。 用于鉗盤式制動器的制動盤 結構形狀 一般為 禮貌形 （見圖 ）。 有的文獻認為 ：制動盤兩側表面不平行度不應大于 ,盤的表面擺差不應大于 ；制動盤表面粗糙度不應大于 ，本設計在此采用。 本次設計采用的材料為合金鑄鐵，結構形狀為禮帽形，前后均為實心盤。 圖 禮帽形制動盤 制動鉗 制動鉗由可鍛鑄鐵 KTH37012或球墨鑄鐵 QT40018制造，也有用輕合金制造的。例如用鋁合金壓鑄?？勺龀烧w的，也可做成兩半并由螺栓連接。其外緣留有開口，以便不必拆下制動鉗便可檢查或更換制動塊。制動鉗體應有高的強度和剛度。在鉗體中加工出制動油缸。為了減少傳給制動液的熱量，將活塞的開口端頂靠制動塊的背板?；钊设T鋁合金制造，為了提高耐磨損性能，活塞的工作表面進行鍍鉻處理。為了解決因制動鉗體由鋁合金制造而減少傳給制動液的熱量的問題，減小了活塞與制動塊背板的接觸面積。 制動鉗在汽車上的安裝位置可在車軸的前方或后方。制動鉗位于車軸前可避免輪胎甩出來的泥，水進入制動鉗，位于車軸后則可減小制動時輪轂軸承的合成載荷。 因此本次設計采用可鍛鑄鐵，整體式、鍍鉻處理，前后制動鉗位于車軸后。 制動塊 制動塊由背板和摩擦襯塊構成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘接在一起。襯塊多為扇形，也有矩形，正方形或圓形的?；钊麘軌鹤”M量多的制動塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。制動塊背板由鋼板制成。為了避免制動時產(chǎn)生的熱量傳給制動鉗而引起制動液汽化和減小制動噪聲，可在摩擦襯塊與背板之間或 在背板后粘 共 44 頁 第 25 頁（或噴涂）一層隔熱減震墊（膠）。由于單位壓力大和工作溫度高等原因，摩擦襯塊的磨損較快，因此其厚度較大。許多盤式制動器裝有襯塊磨損達極限時的警報裝置，以便及時更換摩擦襯片。 本次設計取襯塊厚度 14mm，有隔熱減震墊。 摩擦材料 表 摩擦材料性能對比 材料 性能 有 機 類 無 機 類 制法 編制物 石棉模壓 半金屬模壓 金屬燒結 金屬陶瓷燒結 硬度 軟 硬 硬 極硬 極硬 密度 小 小 中 大 大 承受負荷 輕 中 中 重 中 重 重 摩擦系數(shù) 中 高 低 高 低 高 低 中 低 高 摩擦系數(shù)穩(wěn)定性 差 良 良 良 優(yōu) 優(yōu) 常溫下的耐磨性 良 良 良 中 中 高溫下的耐磨性 差 良 良 良 優(yōu) 優(yōu) 機械強度 中 高 低 中 低 中 高 高 熱傳導率 低 中 低 中 高 高 抗振鳴 優(yōu) 良 中 良 差 差 抗顫振 中 良 中 對偶性 優(yōu) 良 中 良 差 差 價格 中 高 低 中 中 良 高 高 制動摩擦材料應具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能好，不能在溫度升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降 ， 材料 應有較好的 耐磨性， 較低 吸水率 、壓縮率、熱傳 導率和熱膨脹率以及高的抗壓、抗拉、抗剪切、抗彎曲性能和耐沖擊性能 ；制動時應 不產(chǎn)生噪聲和不良氣味，應盡量采用 低 污染和對人體無害的摩擦材料。 以往車輪制動器采用廣泛應用的模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹脂粘結劑、調整摩擦性能的填充劑 (由無機粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成 )與噪聲消除劑 (主要成分為石墨 )等混合后，在高溫下模壓成型的。模壓材料的撓性較差，故應按襯片或襯塊規(guī)格模壓，其優(yōu)點是可以選用各種不同的聚合樹脂配料，使襯片或襯塊具有不同 共 44 頁 第 26 頁的摩擦性能和其他性能。 本 次設計綜合考慮各種材料， 參考了表 ， 采用性能更好、 環(huán)保效果更好的半金屬材料。摩擦系數(shù)為 f=。 制動器間隙的調整方法及相應機構 制動盤與摩擦襯塊之間在未制動的狀態(tài)下應有工作間隙，以保證制動盤能自由轉動。一般來說盤式制動器的制動間隙為 （單 側為 ）。此間隙的存在會導致踏板或手柄的行程損失，因而間隙應盡量的小?？紤]到制動過程中摩擦副可能產(chǎn)生熱變形和機械變形，因此制動器在冷態(tài)下的間隙應有試驗確定。本設計制動間隙取為 。 圖 制動間隙的自調裝置 1制動鉗體； 2活塞； 3活塞密封圈 另外，制動器 在工作過程中會由于摩擦襯塊的磨損而使間隙加大，因此制動器必須設有間隙調整機構。當前，盤式制動器的調整機構已自動化。一般都采用一次調準式間隙自調裝置。最簡單且常用的結構是在缸體和活塞之間裝一個兼起復位和間隙自調作用